超(超)臨界直流鍋爐給水加氧處理技術

超(超)臨界直流鍋爐給水加氧處理技術隨著我國電力建設的發(fā)展，新建機組多為具有循環(huán)熱效率高，發(fā)電煤耗低、節(jié)能、環(huán)保等諸多優(yōu)勢的高參數(shù)、大容量的超（超）臨界機組。由于水在超臨界壓力下為單相流體，鍋爐蒸汽系統(tǒng)只能采用直流運行方式。而直流爐在正常運行中沒有排污，因此鍋爐進水的水質直接影響到進入汽輪機蒸汽的品質，也直接影響機組的安全運行及電廠的經(jīng)濟效益，其處理方式對機組的安全經(jīng)濟運行有著極其重要的意義。加氧處理工藝自20

世紀40

年代問世以來，全世界超過85％的直流爐和5％以上的汽包爐已成功應用了該項技術，同時它對于防止給水系統(tǒng)內(nèi)的流動加速腐蝕（FlowAcceleratedCorrosion，F(xiàn)AC）具有無可比擬的優(yōu)勢，是超（超）臨界壓力火電機組給水處理的首選工藝。1

給水加氧原理在全揮發(fā)處理（AllVolatileTreatment，AVT）工況下，除高溫段（300～400℃）的省煤器出口段到水冷壁外，中、低溫段（常溫～300℃）的凝結水系統(tǒng)、低壓加熱器和高壓加熱器入口的金屬氧化膜是不夠致密的，鍋爐熱力系統(tǒng)金屬表面會生成外層結構疏松的Fe3O4銹層，伴隨水流的沖擊，給水系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生流動加速腐蝕，造成鐵的腐蝕產(chǎn)物不斷在熱負荷高的部位沉積，生成粗糙的波紋狀垢層，從而降低了鍋爐受熱面的傳熱效率，增加了流體阻力，造成了鍋爐的壓差不斷上升，增大了給水泵的動力消耗。給水加氧處理（OxygenatedTreatment，OT）是在純水的條件下，利用一定濃度的氧使碳鋼表面形成一層比磁性Fe3O4保護性更好的Fe2O3＋磁性Fe3O4保護膜。這樣，在給水加氧工況下可使碳鋼表面膜具有雙層結構，而且Fe2O3的溶解度遠比Fe3O4低，所以形成的保護膜更致密、穩(wěn)定，能經(jīng)受流動加速腐蝕，從而降低給水的鐵濃度。當水中有少量的氧時，在鋼的表面上，瞬時進行向內(nèi)延伸反應：6Fe+7/2O2+6H+=Fe3O4+3Fe2++3H2O

（1）Fe3O4層呈微孔狀（1％～15％孔隙率），和鋼本身的晶體結構相似，由于晶體之間有空隙，水仍會從空隙中滲入到鋼表面，使鋼產(chǎn)生腐蝕，如果不能堵塞這些空隙就沒有防蝕效果。加氧工況時，通過不斷向金屬表面均勻供氧，由Fe3O4微孔通道中擴散出來進入水相的鐵被氧化，生成Fe2O3的水合物，沉積在Fe3O4膜上面，堵塞了Fe3O4的空隙，使水無法通過膜，在金屬表面形成致密的“雙層保護膜”，從而鋼的腐蝕得到抑制。2Fe2++2H2O+1/2O2=Fe2O3+4H+

（2）從電化學的角度看，在流動的高純水中添加適當濃度的氧，可以提高鋼的自然腐蝕電位數(shù)百毫伏，使金屬表面發(fā)生極化或使金屬的自然腐蝕電位超過鈍化電位，金屬表面因而生成致密而穩(wěn)定的氧化性保護膜，從而起到了抑制鋼鐵腐蝕的作用。2

直流鍋爐給水加氧處理的條件（1）精處理是保證直流鍋爐給水品質的重要手段。首先凝結水系統(tǒng)應配備100％全流量精處理設備，運行中應采取措施保證精處理設備有足夠的緩沖能力，避免引起水質波動，同時定期檢測樹脂特性，保證凈化效果。（2）保證給水水質的高純度性，使給水的氫電導率小于0．15

μS/cm（25℃）；否則，應盡快查找異常原因，采取措施以恢復正常水汽品質。另外，給水的由高壓氧氣瓶提供純度大于99％的氧氣經(jīng)減壓閥針形流量調節(jié)閥加入系統(tǒng)，系統(tǒng)中選用精密的逆止閥防止發(fā)生給水倒流。加氧控制方式采用手動調節(jié)和自動調節(jié)并聯(lián)控制。一般以除氧器下降管（即給水泵吸入側）加氧點為自動控制點，自動控制參數(shù)由給水流量、除氧器下降管氧的濃度和省煤器入口氧的濃度共同決定。3．2

轉換方式機組在AVT

運行工況下啟動，轉化為加氧方式前，應提前1

個月停止加聯(lián)氨。期間加強對凝結水和給水溶解氧濃度、鐵和銅濃度的監(jiān)測，直至水質穩(wěn)定達到加氧處理的條件。當運行負荷增加并達到正常運行負荷時，將AVT

運行轉換到OT

運行工況。為加快循環(huán)回路中溶解氧濃度恢復到平衡，加氧初期可提高給水中的氧的濃度，控制除氧器入口和省煤器入口氧的質量濃度為150～300

μg/L，更高的濃度可能會使給水和蒸汽的電導率難以控制，產(chǎn)生局部腐蝕的危險，在整個加氧轉化過程中保持平穩(wěn)加氧狀態(tài)，中間過程停氧有可能使鐵的含量上升。同時應監(jiān)測各取樣點水樣的氫電導率、鐵和銅濃度的變化情況。在實施加氧處理時，為了中和微量酸性物質，增加水汽系統(tǒng)的緩沖性，也需要加少量的氨，將給水pH

值控制在8．0～9．0

之間（有待通過試驗進一步明確）。加氧過程中，若給水和蒸汽的氫電導率均超過0．2

μS/cm，則應適當減小加氧量，以保持給水和蒸汽的氫電導率小于0．2

μS/cm。當蒸汽中的溶解氧的質量濃度達到30～150

μg/L時，調節(jié)加熱器的排汽門，監(jiān)測且維持高壓加熱器疏水系統(tǒng)的溶解氧質量濃度為10～30μg/L。4

給水加氧處理效果評價4．1

熱力系統(tǒng)含鐵量給水處理采用加氧方式后，由于熱力系統(tǒng)形成的雙層氧化保護膜使金屬表面處于完全鈍化狀態(tài)，有效抑制了FAC，給水系統(tǒng)鐵的濃度明顯降低。另外隨著水汽系統(tǒng)的循環(huán)，加熱器疏水系統(tǒng)的氧濃度得到上升，水相金屬表面生成氧化保護膜，使疏水系統(tǒng)也得到保護。4．2

精處理的運行周期及系統(tǒng)加藥量OT

工況下，以600MW

超臨界機組為例，凝結水精處理系統(tǒng)的制水量由加氧前的約15

萬t提高到80

萬t，運行周期延長了5

倍，精處理的再生次數(shù)明顯減少，再生酸堿用量及水耗節(jié)約效果顯著。由于OT

工況下pH

值維持在8．0～9．0，較AVT

工況的9．0～9．6

明顯降低，精處理出口的加氨量由約1000

μg/L

降低至200

μg/L，氨水消耗量大大減少。4．3

鍋爐的結垢速率機組采用給水加氧后，金屬表面形成的保護膜使熱力系統(tǒng)內(nèi)鐵的濃度大幅度降低，鐵的氧化物在熱負荷區(qū)的沉積速率隨之減小，水冷壁結垢情況得到改善，同時也延長了鍋爐化學清洗的周期。在機組大修水冷壁、省煤器等部位割管檢查中發(fā)現(xiàn)，熱力系統(tǒng)表面已形成良好的鈍化膜。在停爐大修不保養(yǎng)45d

的情況下，機組啟動冷、熱態(tài)沖洗，很快達到機組啟動的水質要求，比機組加氧前約省一半的時間。4．4

鍋爐壓差及給水泵動力消耗隨著給水加氧處理運行時間的延長，給水系統(tǒng)及水冷壁表面附著的雙層氧化膜變得致密而光滑，水流動力條件得到改善，鍋爐流動阻力減小。某電廠AVT

工況下運行2a來，鍋爐壓差從4．4MPa

上升至7．6MPa，而轉為OT

工況下僅半年時間，壓差就由7．6MPa

下降至6．1MPa，滿負荷時給水泵的轉速由4425r/min

下降至4222r/min，運行壓差逐漸下降，給水泵動力消耗降低，機組的效率從而得到提高。5

停運保護機組停運時，可提前4h

停止加氧，并打開除氧和高壓加熱器排氣門，加大凝結水精處理出口的加氨量，盡快提高給水pH

值至9．3～9．6，不允許加入聯(lián)氨，因為在停運時聯(lián)氨的存在會增加腐蝕產(chǎn)物的濃度，對已形成的鈍化膜有破壞作用。此外在停運期間也不應采用成膜胺保養(yǎng)（如十八胺等保護藥品），鍋爐機組進行OT

處理所形成的水合氧